[发明专利]一种通过迟滞耗散能预测编织陶瓷基复合材料高温疲劳寿命的方法

说明书

本发明属于材料高温疲劳寿命预测技术领域，具体涉及一种通过迟滞耗散能预测编织陶瓷基复合材料高温疲劳寿命的方法。本发明利用与温度和循环数相关的纤维/基体界面脱粘区摩擦剪应力建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面脱粘长度方程，并以此为基础，得到编织陶瓷基复合材料的疲劳迟滞耗散能，用于预测编织陶瓷基复合材料的高温疲劳寿命。本发明提供的上述预测方法，充分考虑温度和循环数对编织陶瓷基复合材料的影响，使预测所得复合材料的高温疲劳寿命更加准确。

技术领域

本发明属于复合材料疲劳寿命预测技术领域，具体涉及一种通过迟滞耗散能预测编织陶瓷基复合材料高温疲劳寿命的方法。

背景技术

编织陶瓷基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、低密度、高比强、高比模等优点，相比高温合金，能够承受更高的温度，减少冷却气流，提高涡轮效率，目前已经应用于航空发动机燃烧室、涡轮导向叶片、涡轮壳环、尾喷管等。由CFM公司研制的LEAP(Leading EdgeAviation Propulsion,LEAP)系列发动机，高压涡轮采用了编织陶瓷基复合材料部件，LEAP-1B发动机为空客 A320和波音737MAX提供动力，LEAP-X1C发动机也是我国大型飞机C919 选用的唯一动力装置。

为了保证编织陶瓷基复合材料在飞机和航空发动机结构中使用的可靠性与安全性，国内外研究学者均将陶瓷基复合材料性能评估、损伤演化、强度与寿命预测工具的开发作为陶瓷基复合材料结构部件适航取证的关键。编织陶瓷基复合材料的疲劳寿命对材料使用的安全性有直接影响，如何准确预测编织陶瓷基复合材料的疲劳寿命，成为研究的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过迟滞耗散能预测编织陶瓷基复合材料高温疲劳寿命的方法，本发明提供的方法将环境温度和循环数的影响融入预测过程中，提高了编织陶瓷基复合材料高温疲劳寿命预测结果的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种通过迟滞耗散能预测编织陶瓷基复合材料高温疲劳寿命的方法，包括以下步骤：

(1)根据断裂力学脱粘准则，利用与温度和循环数相关的纤维/基体界面脱粘区摩擦剪应力建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面脱粘长度方程；

(2)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理和所述步骤(1) 得到的纤维/基体界面脱粘长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的卸载纤维/ 基体界面反向滑移长度方程；

(3)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理、所述步骤(1) 得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程；

(4)根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(1) 得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，结合总体载荷承担准则，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘卸载应力-应变方程；

根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程、所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和所述步骤(3)得到的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，结合总体载荷承担准则，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘重新加载应力-应变方程；

根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，结合总体载荷承担准则，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘卸载应力-应变方程；

根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反应滑移长度方程和所述步骤(3)得到的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，结合总体载荷承担准则，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘重新加载应力-应变方程；